CN104502065B - 广角镜头畸变测试装置及采样确定方法 - Google Patents

Abstract

一种广角镜头畸变测试装置及采样确定方法，该广角镜头畸变测试装置包括目标靶板，该目标靶板是环形靶；环形靶包括内圆以及与内圆同心的外圆；内圆与外圆的半径差由广角镜头的焦距、平行光管的焦距、CCD显微测量系统的物镜放大倍率以及CCD显微测量系统的CCD像元尺寸确定；环形靶内圆与外圆之间形成透光区域；透光区域在CCD上所成的像在环形靶半径方向占3～5个像元；环形靶的内圆在CCD上所成的像在半径方向占30～50个像元。本发明提供了一种可提高测试效率以及测试精度的广角镜头畸变测试装置及采样确定方法。

Description

广角镜头畸变测试装置及采样确定方法

技术领域

本发明属光电测试领域，涉及一种广角镜头畸变测试装置及采样确定方法。

背景技术

目前，光学镜头畸变测试的常用装置采用平行光管、高精度转台、CCD显微测量系统组成；通过在平行光管的焦面安装星点板提供点目标，在不同视场下，对CCD采集星点的质心进行研判，结合高精度的位移台或激光干涉测长仪给定不同视场下的线量；不同视场的角度值由高精度转台给定，由精密测角法得到不同视场下的焦距值，由全视场畸变最小拟合得到理想焦距，最终得到不同视场理想像高和实际像高的差异，即畸变。

该方法在广角镜头畸变测试过程中，由于广角镜头自身的特点：视场大、中心视场畸变小、畸变变化较缓；轴外视场畸变大、畸变变化较快，轴外视场彗差、象散较为严重，需要特别考虑：

1)畸变的测试是通过离散采集不同视场下的角度、对应角度下的线量；畸变是通过离散采样得到的，传统畸变测试过程中，对于测试间隔、测试点的选取是根据经验、等间隔选取。广角镜头视场较大，轴上视场畸变变化较缓，轴外视场畸变局部变化较快。由采样定理可知，对于畸变变化较快的区域，测试间隔要小，测试点要多；对于畸变变化较缓的区域，可适当增大测试间隔，减少测试点，尤其是对于畸变变化较缓的区域中心视场附近，由于角量和对应的线量都较小，故测试误差较大，减少测试点可减少由于采样带来的测试误差。合理的采样方案是广角镜头畸变测试的关键。

2)畸变是垂轴像差，它只改变轴外物点在理想像面上的成像位置，使像的形状产生失真，但不会改变光学系统的成像质量，故畸变不会引起星点能量分布的变化。传统的星点质心研判是求不同视场下星点能量分布中心在CCD靶面的位移，结合高精度的位移台或激光干涉测长仪给定不同视场下的线量；而慧差、象散等像差会引起星点能量分布的变化，故在畸变测试过程中，若采用星点质心研判时，应考虑慧差、象散等像差对畸变测试的影响。

由于广角镜头轴外像差较大，采用星点质心研判是求星点能量分布的中心，会将慧差、象散等其他像差的影响带入到畸变测试中。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可提高测试效率以及测试精度的广角镜头畸变测试装置及采样确定方法。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种广角镜头畸变测试装置，包括目标靶板，其特殊之处在于：所述目标靶板是环形靶。

上述环形靶包括内圆以及与内圆同心的外圆；所述内圆与外圆的半径差由广角镜头的焦距、平行光管的焦距、CCD显微测量系统的物镜放大倍率以及CCD显微测量系统的CCD像元尺寸确定；所述环形靶内圆与外圆之间形成透光区域；所述透光区域在CCD上所成的像在环形靶半径方向占3～5个像元；所述环形靶的内圆在CCD上所成的像在半径方向占30～50个像元。

上述内圆与外圆的半径差的确定方式是：

其中：

f_TEST是广角镜头的焦距；

f_OP是平行光管的焦距；

W是CCD显微测量系统的物镜放大倍率；

d_CCD是CCD显微测量系统的CCD像元尺寸；

Δd是环形靶的外圆和内圆的半径差。

一种基于如上所述的广角镜头畸变测试装置的广角镜头畸变测试的采样确定方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤：

1)获取广角镜头的设计理论畸变曲线；

2)对步骤1)所得到的广角镜头的设计理论畸变曲线取一阶导数，得到广角镜头的设计理论畸变差分曲线；

3)对广角镜头的设计理论畸变差分曲线进行分段直线拟合，对广角镜头的设计理论畸变差分曲线的畸变测试取样进行分段；

4)对每段广角镜头的设计理论畸变曲线取二次差分，得到分段内的广角镜头的设计理论畸变二次差分曲线；

5)对分段内的广角镜头的设计理论畸变二次差分曲线进行多项式拟合，由多项式拟合的级数确定其段间的最小采样点数。

上述方法在步骤5)之后还包括：

6)判断当前采样点数是否大于步骤5)中的最小采样点数；若是，对过采样点按多项式拟合的结果进行最小二乘法拟合，对最小二乘法拟合后的结果，将其残差较大的点，作为测试粗大误差点，予以剔除；若否，则按照步骤5)中的最小采样点数进行采样。

本发明的优点在于：

1)根据广角镜头的设计理论畸变曲线，给出了畸变测试的不等间隔采样方案。提高了测试的效率和置信度。

2)根据被测广角镜头和测试设备的配置，精确设计了测试所需的环形靶板，该环形靶内圆不透光，减少了慧差、象散等其他像差对环形透过区域的影响，通过精确设计环形靶的外圆和内圆的半径差，可用边缘检测算法、椭圆拟合，计算其拟合椭圆的中心，实现对内圆的定位。由不同视场下环形靶内圆的形心的位移结合高精度的位移台或激光干涉测长仪给定不同视场下的线量。环形靶的使用减少了慧差、象散等其他像差对畸变测试的影响，提高了测试精度。

附图说明

图1是本发明所采用的目标靶板的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种广角镜头畸变测试装置，包括目标靶板，该目标靶板是环形靶。

环形靶包括内圆以及与内圆同心的外圆；内圆与外圆的半径差由广角镜头的焦距、平行光管的焦距、CCD显微测量系统的物镜放大倍率以及CCD显微测量系统的CCD像元尺寸确定；环形靶内圆与外圆之间形成透光区域；透光区域在CCD上所成的像在环形靶半径方向占3～5个像元；环形靶的内圆在CCD上所成的像在半径方向占30～50个像元。

内圆与外圆的半径差的确定方式是：

其中：

f_TEST是广角镜头的焦距；

f_OP是平行光管的焦距；

W是CCD显微测量系统的物镜放大倍率；

d_CCD是CCD显微测量系统的CCD像元尺寸；

Δd是环形靶的外圆和内圆的半径差。

同时，本发明还提供了一种基于如上所提及的广角镜头畸变测试装置的广角镜头畸变测试的采样确定方法，该方法包括以下步骤：

1)获取广角镜头的设计理论畸变曲线；

2)对步骤1)所得到的广角镜头的设计理论畸变曲线取一阶导数，得到广角镜头的设计理论畸变差分曲线；

3)对广角镜头的设计理论畸变差分曲线进行分段直线拟合，对广角镜头的设计理论畸变差分曲线的畸变测试取样进行分段；

4)对每段广角镜头的设计理论畸变曲线取二次差分，得到分段内的广角镜头的设计理论畸变二次差分曲线；

5)对分段内的广角镜头的设计理论畸变二次差分曲线进行多项式拟合，由多项式拟合的级数确定其段间的最小采样点数。

6)判断当前采样点数是否大于步骤5)中的最小采样点数；若是，对过采样点按多项式拟合的结果进行最小二乘法拟合，对最小二乘法拟合后的结果，将其残差较大的点，作为测试粗大误差点，予以剔除；若否，则按照步骤5)中的最小采样点数进行采样。

Claims (4)

1.一种广角镜头畸变测试装置，包括目标靶板，其特征在于：所述目标靶板是环形靶；

所述环形靶包括内圆以及与内圆同心的外圆；所述内圆与外圆的半径差由广角镜头的焦距、平行光管的焦距、CCD显微测量系统的物镜放大倍率以及CCD显微测量系统的CCD像元尺寸确定；所述环形靶内圆与外圆之间形成透光区域；所述透光区域在CCD上所成的像在环形靶半径方向占3～5个像元；所述环形靶的内圆在CCD上所成的像在半径方向占30～50个像元。

2.根据权利要求1所述的广角镜头畸变测试装置，其特征在于：所述内圆与外圆的半径差的确定方式是：

$\mathrm{\Δ}d=\frac{(3~5)\×d_{CCD}\×W\×f_{OP}}{f_{TEST}}$

其中：

f_TEST是广角镜头的焦距；

f_OP是平行光管的焦距；

W是CCD显微测量系统的物镜放大倍率；

d_CCD是CCD显微测量系统的CCD像元尺寸；

Δd是环形靶的外圆和内圆的半径差。

3.一种基于权利要求1或2所述的广角镜头畸变测试装置的广角镜头畸变测试的采样确定方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)获取广角镜头的设计理论畸变曲线；

2)对步骤1)所得到的广角镜头的设计理论畸变曲线取一阶导数，得到广角镜头的设计理论畸变差分曲线；

3)对广角镜头的设计理论畸变差分曲线进行分段直线拟合，对广角镜头的设计理论畸变差分曲线的畸变测试取样进行分段；

4)对每段广角镜头的设计理论畸变曲线取二次差分，得到分段内的广角镜头的设计理论畸变二次差分曲线；

5)对分段内的广角镜头的设计理论畸变二次差分曲线进行多项式拟合，由多项式拟合的级数确定其段间的最小采样点数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述方法在步骤5)之后还包括：

6)判断当前采样点数是否大于步骤5)中的最小采样点数；若是，对过采样点按多项式拟合的结果进行最小二乘法拟合，对最小二乘法拟合后的结果，将其残差较大的点，作为测试粗大误差点，予以剔除；若否，则按照步骤5)中的最小采样点数进行采样。